یک سیستم قدرت الکتریکی شامل تولید برق در نیروگاه ها می شود، سیستم انتقال نیروی الکتریکی برای انتقال توان تولید شده از نیروگاه به مرکز بارگیری (بیش از چند صد کیلومتر) که بار واقعی در آن قرار دارد، توزیع و بهره برداری نیرو است. سیستم توزیع الکتریکی (EDS) مرحله نهایی سیستم قدرت الکتریکی است که در آن توان تولید شده از طریق خطوط توزیع و فیدرها به کار مفید تبدیل می شود. این با بزرگی ولتاژ پایین تر به عنوان معکوس ولتاژ بالای سیستم انتقال سروکار دارد
سیستم توزیع آخرین مرحله سیستم برق است و بر اساس سطح ولتاژ، محل، تعداد سیم‌ها و نوع مشتریان قابل طبقه‌بندی است. قابلیت اطمینان سیستم یکی از دغدغه های مهم طراحی برای هر سیستم توزیع است. روش های مختلف مفهوم طراحی برای بهبود قابلیت اطمینان روشن شده است. جبران توان راکتیو یکی دیگر از نگرانی های اصلی در یک سیستم توزیع است. روش های جبران توان راکتیو نیز به تفصیل بیان شده است.
طبقه بندی شبکه های توزیع برق
در آموزش برق پیکربندی های مختلف توزیع برق بر اساس نیاز قابلیت اطمینان توصیف می شود. این پیکربندی ها سیستم های شعاعی ساده، سیستم شعاعی گسترش یافته، سیستم انتخابی اولیه، سیستم حلقه اولیه، سیستم انتخابی ثانویه، سیستم گذرگاه حلقه و شبکه نقطه ای قابلیت اطمینان هستند. سیستم شعاعی در مقایسه با سیستم باس حلقه پایین است. اگر توزیع برای نیاز به قابلیت اطمینان پایین طراحی شده باشد، تعداد تجهیزات مورد نیاز سیستم کمتر است و در مقایسه با توزیع برای قابلیت اطمینان بالا، به صرفه اقتصادی کمتری نیاز دارد. بر اساس الزامات قابلیت اطمینان، نوع سیستم توزیع باید بر اساس ملاحظات فنی و اقتصادی انتخاب شود
بر اساس سطح ولتاژ، سیستم های توزیع برق به سیستم توزیع اولیه و سیستم توزیع ثانویه طبقه بندی می شوند
• به طور معمول سطوح مختلف ولتاژ سیستم های توزیع اولیه 6.6 کیلو ولت، 11 کیلو ولت، 22 کیلو ولت و 33 کیلو ولت است.
• به طور معمول سطوح مختلف ولتاژ توزیع ثانویه 415 ولت سه فاز و 240 ولت تک فاز هستند.
بر اساس نوع مصرف کننده، سیستم های توزیع برق به سیستم های توزیع مسکونی، تجاری و صنعتی طبقه بندی می شوند
بر اساس موقعیت مکانی، سیستم های توزیع برق به دو دسته سیستم توزیع شهری و سیستم توزیع روستایی تقسیم بندی می شوند.
• سیستم توزیع شهری شامل سیستم های برق مسکونی، تجاری و صنعتی.
• سیستم توزیع روستایی شامل سیستم های برق مسکونی، تجاری، صنعتی و همچنین شامل مصارف کشاورزی.
بر اساس تعداد سیم های مورد استفاده، سیستم های توزیع برق به سیستم 1ɸ 2W، سیستم 3ɸ 3W و سیستم 3ɸ 4W طبقه بندی می شوند
• بارهای سیستم مسکونی در سیستم 1ɸ 2W و سیستم 3ɸ 4W متصل می شوند.
• بارهای سیستم تجاری در سیستم 1ɸ 2W، سیستم 3ɸ 3W و سیستم 3ɸ 4W متصل می شوند.
• بارهای سیستم صنعتی در سیستم 1ɸ 2W، سیستم 3ɸ 3W و سیستم 3ɸ 4W متصل می شوند.
مفهوم تولید پراکنده (DG) در دهه گذشته برای تولید توان محلی نزدیکتر به مرکز بار یا بارهای کاربر نهایی برای کاهش تلفات انرژی در خطوط انتقال و توزیع، بهبود مشخصات ولتاژ در سراسر سیستم توزیع معرفی شد. منابع انرژی تجدیدپذیر نقش مهمی در DG به ویژه سیستم های PV خورشیدی و سیستم های توربین بادی ایفا می کنند. توان DG ممکن است در SDS یا PDS یکپارچه شود. به عنوان مثال، ادغام سیستم فتوولتائیک خورشیدی 100 کیلووات روی پشت بام SDS و سیستم فتوولتائیک خورشیدی 1000 کیلووات روی زمین PDS
شبکه های توزیع نیروی برق: نحوه عملکرد و ویژگی های آن
شبکه های توزیع نیروی برق یکی از بهترین راه ها برای رساندن انرژی به منازل، محیط های تجاری و تابلوهای MV/LV با ایمنی و کیفیت می باشد. این به این دلیل است که آنها یک فرآیند کامل دارند که از ژنراتورها شروع می شود و فواصل زیادی را به مصرف نهایی متصل می کند.
به عنوان مثال، فاصله بین واحدهای تولید کننده برق و مصرف کنندگان، عواملی هستند که اهمیت سیستم توزیع برق را افزایش می دهند.
توزیع انرژی الکتریکی
برای انجام توزیع، انرژی الکتریکی نیروگاه‌ها و ژنراتورها از طریق کابل‌های سقفی با لایه‌های عایق که در برج‌های فلزی قرار می‌گیرند، ارسال میگردد. بنابراین، می‌توان کل این مجموعه از برج‌ها و کابل‌ها را به عنوان شبکه‌های توزیع نیروی برق تعریف کرد.
در این سیستم توزیع برق، فرستنده‌ها با ولتاژ بالا مدیریت می‌شوند، اما ممکن است دارای ولتاژ پایین‌تری در خود صاحبان امتیاز نیز باشند. این انواع مختلف ولتاژ تضمین می کند که مصرف کنندگان انرژی را به بهترین شکل ممکن دریافت می کنند.
جدای از کابل ها و دکل ها، یکی دیگر از عناصر مهم شبکه انتقال عایق ها هستند که سیم ها و کابل ها را احاطه کرده و پشتیبانی می کنند و با استفاده از آنه می توان از حوادث الکتریکی جلوگیری کرد و هزینه های تلفات را به حداقل رساند. در واقع، پلیمرهای پلی اکسل گزینه های عالی برای این کار هستند.
خطوط انتقال نیز توسط پست‌های تبدیل تشکیل شده‌اند که از ترانسفورماتورها، تجهیزات کنترلی و حفاظتی تشکیل شده‌اند.
خطوط انتقال
خطوط انتقال شامل سیم های رسانای فلزی در برج ها از طریق عایق هایی با مواد با کارایی بالا می شود.
این خطوط انتقال در فواصل طولانی پخش می‌شوند و نیروگاه‌ها و مصرف‌کنندگان بزرگ ، یعنی آنهایی که از انرژی در ولتاژ بالا استفاده می‌کنند را به هم متصل می‌کنند ، برای مثال کارخانه‌ها و شرکت‌های معدن.
در آنجا با توجه به سطح ولتاژ عملیاتی طبقه بندی می شوند. برای این، هر محدوده ولتاژ دارای یک کد است که مجموعه ای از خطوط انتقال از همان کلاس را نشان می دهد:
A1: ولتاژ برابر یا بیشتر از 230 کیلو ولت.
A2: ولتاژ بین 88 کیلو ولت و 138 کیلو ولت،
A3: ولتاژ 69 کیلو ولت.
پست انتقال
پست ها در نقاط اتصال با ژنراتورها، شرکت های توزیع نیروی برق و مصرف کنندگان قرار دارند. در نقاط اتصال با ژنراتورها، وظیفه اصلی این مرحله افزایش سطح ولتاژ انرژی به صدها ولت است که مزایایی مانند کاهش جریان الکتریکی را به همراه دارد.
نقاط اتصال با توزیع کننده ها و مصرف کننده های برق وظیفه کاهش سطوح ولتاژ افزایش یافته در مرحله قبل را بر عهده دارند. این امر به منظور حفظ کیفیت و ایمنی شبکه توزیع برق انجام می شود.
برای اجرای این فرآیندها، پست انتقال دارای تجهیزاتی است که برای اطمینان از قطع کامل مدار الکتریکی برای تعمیر و نگهداری استفاده می شود. کلیدهای مدار و ابزار اندازه گیری و حفاظتی سیستم مانند ولتاژ سنج، صاعقه گیر و جریان نیز بخشی از این مرحله هستند.
شبکه های توزیع
شبکه های توزیع نیروی برق از خطوط فشار قوی، متوسط و ضعیف تشکیل می شوند. شایان ذکر است که خطوط انتقال با ولتاژ مساوی یا بیشتر از 230 کیلو ولت شبکه اصلی نامیده می شوند.
اگرچه برخی از فرستنده ها دارای خطوط ولتاژ زیر 230 کیلو ولت هستند، اما بخشی از خطوط انتقال بین 69 تا 138 کیلو ولت بر عهده توزیع کنندگان است. به همین دلیل به خطوط فرعی معروف هستند.
توزیع کنندگان خطوط فشار ضعیف و متوسط را که به عنوان شبکه های اولیه و ثانویه نیز شناخته می شوند، اداره می کنند. خطوط متوسط برای شبکه توزیع هوایی معمولی دارای ولتاژ الکتریکی بین 2.3 تا 44 کیلو ولت هستند و روی کابل ها و تیرهای برق در خیابان ها و خیابان ها قابل مشاهده هستند.
شبکه های الکتریکی فشار ضعیف دارای جریانی هستند که بسته به منطقه بین 110 ولت و 440 ولت متغیر است. کابل هایی که این نوع اتصال را ایجاد می کنند به همان قطب های برقی که شبکه های فشار متوسط را پشتیبانی می کنند، ثابت می شوند، اما در ارتفاع کمتری قرار دارند.
شبکه توزیع برق و انواع آن
شبکه های توزیع نیرو را در چند مایل آخر از انتقال یا انتقال فرعی به مصرف کنندگان حمل می کنند. برق در شبکه های توزیع از طریق سیم یا روی تیرها و یا در بسیاری از مناطق شهری زیر زمین منتقل می شود. شبکه های توزیع از نظر سطح ولتاژ و توپولوژی از شبکه های انتقال متمایز می شوند. ولتاژهای کمتر در شبکه های توزیع استفاده می شود، زیرا ولتاژهای پایین تر نیاز به فاصله کمتری دارند. به طور معمول، خطوط تا 35 کیلو ولت بخشی از شبکه توزیع در نظر گرفته می شود. ارتباط بین شبکه های توزیع و انتقال یا انتقال فرعی در پست های توزیع اتفاق می افتد. پست های توزیع دارای ترانسفورماتورهایی برای پایین آوردن ولتاژ به سطح توزیع اولیه (معمولاً در محدوده 4-35 کیلوولت) هستند. پست های توزیع نیز مانند پست های انتقال دارای کلیدهای مدار و تجهیزات نظارت هستند. با این حال، پست‌های توزیع معمولاً کمتر از پست‌های انتقال خودکار هستند.
به طور کلی، چهار نوع اصلی سیستم توزیع برق وجود دارد.
شبکه توزیع هوایی معمولی: هادی های این شبکه عایق نیستند و در برابر وقوع اتصال کوتاه آسیب پذیرتر می شوند.
شبکه توزیع سربار فشرده: این گزینه بسیار ایمن تر از نوع معمولی است، زیرا هادی های آن عایق هستند. علاوه بر این، شبکه فضای زیادی را اشغال نمی کند و تعداد اختلالات را به حداقل می رساند.
شبکه توزیع سربار ایزوله: این شبکه بسیار محافظت شده است، زیرا هادی های آن با عایق ایده آل برای پیچ خوردگی پوشانده شده اند. به طور کلی، گران تر است و در شرایط خاص استفاده می شود.
شبکه توزیع زیرزمینی: شبکه زیرزمینی شبکه ای است که قابلیت اطمینان بیشتر و نتیجه زیبایی شناختی بهتری را ارائه می دهد. با این حال، نسبت به سایر گزینه های توزیع برق بسیار گران تر است.
انواع مختلف سیستم های شبکه توزیع نیروی برق
شبکه معمولی سیستم قدرت الکتریکی به سه بخش طبقه بندی می شود.
- تولید
- انتقال
- توزیع
برق در نیروگاه ها تولید می شود. در اغلب موارد نیروگاه ها دور از مراکز بار قرار می گیرند. از این رو، خط انتقال برای انتقال نیرو در مسافت طولانی استفاده می شود.
برای کاهش تلفات انتقال، از توان ولتاژ بالا در خط انتقال استفاده می شود. و سطح ولتاژ در مرکز بار کاهش می یابد. توان توسط یک سیستم توزیع به بارگذاری توزیع می شود.
انواع سیستم های توزیع نیروی برق
سیستم توزیع به شرح زیر طبقه بندی می شود.
1) با توجه به ماهیت عرضه
سیستم توزیع AC
سیستم توزیع DC
2) با توجه به نوع اتصال
سیستم شعاعی
سیستم حلقه
سیستم به هم پیوسته
3) با توجه به نوع ساخت
سیستم سربار
سیستم زیرزمینی
طبقه بندی بر اساس ماهیت عرضه:
دو نوع برق وجود دارد. برق AC و برق DC. با توجه به نوع برق مورد استفاده در سیستم توزیع، به سیستم توزیع AC و سیستم توزیع DC طبقه بندی می شود.
سیستم توزیع AC
در بیشتر شرایط، مصرف کننده برق یا بار به برق AC نیاز دارد. بنابراین، توان الکتریکی به صورت برق متناوب تولید، انتقال و توزیع می شود. زیرا ولتاژ AC را می توان به راحتی با کمک ترانسفورماتور بالا و پایین برد.
با توجه به سطح ولتاژ، سیستم توزیع AC بیشتر به دو نوع طبقه بندی می شود.
سیستم توزیع اولیه
سیستم توزیع ثانویه
سیستم توزیع اولیه
سطح ولتاژ یک سیستم توزیع اولیه بالاتر از سطح ولتاژ استفاده است. در اغلب موارد، سیستم توزیع اولیه از یک سیستم سه سیمه سه فاز استفاده می کند و سطح ولتاژ آن در محدوده 3.3 کیلو ولت، 6.6 کیلو ولت و 11 کیلو ولت است.
سیستم توزیع اولیه برق را برای مصرف کنندگان بزرگ مانند صنایع یا مجتمع های تجاری بزرگ و غیره تامین می کند. سطح ولتاژ در سطح بهره برداری توسط یک ترانسفورماتور کاهنده کاهش می یابد. این ترانسفورماتور در نزدیکی محل مصرف کننده قرار می گیرد.
سیستم توزیع ثانویه
در یک سیستم توزیع ثانویه، توان در سطح بهره برداری توزیع می شود. سیستم توزیع اولیه با یک ترانسفورماتور خاتمه می یابد که برای تبدیل ولتاژ 11 کیلو ولت به 415 ولت استفاده می شود و این توان مستقیماً بین مصرف کنندگان کوچک توزیع می شود.
در اغلب موارد سیم پیچ اولیه این ترانسفورماتور در اتصال مثلث و سیم پیچ ثانویه در اتصال ستاره وصل می شود تا ترمینال زمین فراهم شود. بنابراین سیستم توزیع ثانویه از سیستم چهار سیمه سه فاز استفاده می کند.
منبع تغذیه تک فاز با استفاده از هر فاز با یک ترمینال خنثی که ولتاژ ولتاژ 230 ولت یا 120 ولت (طبق استانداردهای هر کشور) را فراهم می کند، انجام می شود. برای مغازه های کوچک و مقاصد مسکونی از منبع تغذیه تک فاز استفاده می شود.
برخی از مصرف کنندگان مانند صنایع کوچک مقیاس، کارخانه های آرد، آموزشگاه فنی و غیره نیاز به تامین سه فاز دارند
سیستم توزیع DC
بیشتر بار متصل به سیستم قدرت، بار متناوب است. اما برنامه خاصی وجود دارد که در آن به برق DC نیاز داریم. برای تحقق این کاربردها، از برق DC در سیستم توزیع استفاده می کنیم از این رو این سیستم به سیستم توزیع DC معروف است.
در این شرایط، برق AC تولید شده با کمک یکسو کننده یا مبدل چرخشی به برق DC تبدیل می شود. برنامه هایی که در آنها به برق DC نیاز داریم عبارتند از موتورهای DC، شارژ باتری و آبکاری.
با توجه به اتصال سیستم DC به دو نوع طبقه بندی می شود.
سیستم توزیع دو سیم DC
سیستم توزیع سه سیم DC
سیستم توزیع DC دو سیمه
این نوع سیستم توزیع تنها به دو سیم نیاز دارد. یک سیم در سطح پتانسیل مثبت و سیم دوم در سطح پتانسیل منفی یا صفر قرار دارد. سیم متصل شده با سطح پتانسیل مثبت به عنوان سیم سالم شناخته می شود.
بار به صورت موازی بین دو خط متصل می شود. به طور کلی، بار متصل در این سیستم، بار لامپ یا موتور است. بار دارای تنها دو ترمینال است که می توان در این نوع سیستم متصل باشد.
سیستم توزیع DC سه سیمه
این نوع سیستم توزیع به سه سیم نیاز دارد. دو سیم سیم سالم و یک سیم سیم خنثی است. مزیت اصلی این سیستم این است که در این سیستم دو سطح ولتاژ داریم.
فرض کنید، دو سیم سالم در سطح ولتاژ +V و -V هستند. سیم خنثی در شبکه های پتانسیل صفر است. اگر یک بار بین یک سیم سالم و یک سیم خنثی وصل شود، ولتاژ موجود V ولت است. و اگر یک بار بین هر دو سیم سالم وصل شود، ولتاژ موجود 2 ولت ولت است.
از این رو، بار نیاز به ولتاژ بالاتری دارد که بین سیم‌های سالم وصل می‌شود، و بار به ولتاژ کمتری نیاز دارد که بین یک سیم سالم و یک سیم خنثی متصل است.
طبقه بندی بر اساس روش اتصال
سیستم توزیع با توجه به روش اتصال به سه نوع طبقه بندی می شود.
- سیستم شعاعی
- سیستم اصلی حلقه
- سیستم توزیع به هم پیوسته
- سیستم شعاعی
در سیستم شعاعی از یک فیدر مجزا برای تغذیه برق از پست به هر منطقه استفاده می شود. و این فیدر تنها در یک جهت برق را به توزیع کننده می دهد. طراحی سیستم شعاعی ساده و به راحتی در سیستم پیاده سازی می شود.
هزینه اولیه این سیستم در مقایسه با سایر سیستم ها کمتر است. اما قابلیت اطمینان این سیستم بسیار پایین است. اگر یکی از فیدرها از وضعیت پله خارج شود، کل سیستم متوقف می شود. این نوع سیستم فقط برای سیستم توزیع در فواصل کوتاه استفاده می شود.
مصرف کننده دور از فیدر ممکن است از تنظیم ضعیف ولتاژ و نوسانات ولتاژ با تغییر بار رنج ببرد. با توجه به این مزیت، از این نوع سیستم فقط برای تامین باری که نزدیک فیدر است استفاده می شود
سیستم اصلی حلقه
در سیستم اصلی حلقه، ترانسفورماتور توزیع به صورت حلقه ای متصل شده و از یک طرف توسط یک پست تغذیه می شود. این بدان معناست که هر ترانسفورماتور توزیع دو راه مختلف برای اتصال به پست دارد.
این سیستم را قابل اطمینان تر می کند. و نوسانات ولتاژ کمتری در انتهای مصرف کننده وجود دارد. هر قسمت از حلقه جریان کمتری دارد. بنابراین، مواد هادی کمتری در مقایسه با سیستم شعاعی مورد نیاز است.
سیستم توزیع به هم پیوسته
در یک سیستم توزیع به هم پیوسته، یک حلقه توسط بیش از یک پست در نقاط مختلف تامین می شود. این سیستم به عنوان سیستم توزیع شبکه نیز شناخته می شود.
در این نوع آرایش، قابلیت اطمینان سیستم نسبت به سیستم رینگ اصلی و شعاعی افزایش می یابد.
طراحی سیستم به هآموزشگاه فنیم پیوسته بسیار دشوار است و هزینه اولیه سیستم نیز بالا است زیرا تعداد پست های بیشتری در یک سیستم مورد نیاز است. اما این سیستم از مزیت کیفیت برق خوب و سیستم کارآمدتر برخوردار است. این سیستم ظرفیت ذخیره انرژی را کاهش می دهد.
طبقه بندی سیستم های توزیع بر اساس نوع ساخت
با توجه به ساخت سیستم توزیع به دو نوع طبقه بندی می شود.
- سیستم توزیع زیرزمینی
- سیستم توزیع سربار
سیستم توزیع زیرزمینی
همانطور که از نام آن پیداست در این نوع سیستم هادی ها در زیر سطح خیابان ها یا پیاده روها قرار می گیرند. سیستم توزیع زیرزمینی ایمن تر از سیستم توزیع سربار است. اما هزینه اولیه سیستم زیرزمینی بسیار زیاد است. زیرا نیاز به ترانشه، مجرا، منهول و کابل های مخصوص دارد.
در این سیستم کابل ها در زیر خیابان ها قرار می گیرند. از این رو، احتمال خطای کمتری وجود دارد و به دلیل نامرئی بودن کابل ها ظاهر خوبی به شما می دهد. هنگامی که یک خطا در سیستم زیرزمینی رخ می دهد، مکان یابی آن دشوار است و همچنین تعمیر آن دشوار است. عمر یک سیستم زیرزمینی بسیار طولانی است. عمر مفید این سیستم بیش از 50 سال می باشد.
منابع:
https://www.electricaltechnology.org/2021/10/clamper-circuit.html
